聚合硅酸硫酸鐵鈣混凝劑的制備和性能研究.pdf

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1、第33卷第4期東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)V01．33．No．42013年8月JournalOfNortheastDianliUniversityAug．，2013文章編號(hào)：1005—2992(2013)04—0035—04聚合硅酸硫酸鐵鈣混凝劑的制備和性能研究李戰(zhàn)，魯敏2(1．華電能源31程有限公司，哈爾濱150000；2．東北電力大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，吉林吉林132012)摘要：以ca、Fe和硅酸鈉為原材料合成一種新型的無(wú)毒無(wú)機(jī)復(fù)合高分子混凝劑——聚合硅酸硫酸鐵鈣(PCFS)。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了PCFS的最佳

2、制備工藝條件為：Fe／Si摩爾比=1：1，F(xiàn)e／Ca摩爾比=5：1；活化時(shí)的pH值=2．0；活化時(shí)間=2h。并對(duì)pH值、投加量和沉降時(shí)間等影響絮凝效果的因素進(jìn)行了探討。結(jié)果表明，PCFS具有較好的穩(wěn)定性，適用的pH范圍廣；在絮凝過(guò)程中，形成的絮體顆粒致密、穩(wěn)定，沉降速度快，投加量較少；上清液中不殘留有害離子，故不存在二次污染，具有較好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：聚合硅酸硫酸鐵鈣；絮凝劑；制備；絮凝；廢水處理中圖分類(lèi)號(hào)：TK223文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A聚硅酸鹽類(lèi)混凝劑因具有大分子結(jié)構(gòu)，所以具有良好的吸附架橋能力和電

3、荷中和能力。同時(shí)因其絮凝效果好、制備成本低、制備工藝簡(jiǎn)單和安全無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)而得到了水處理界廣泛的重視。該類(lèi)混凝劑較聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鐵(PFS)等具有更為優(yōu)異的混凝性能，除濁、除色效率高，形成礬花迅速，絮體大且密實(shí)，沉降快I3]，因此人們主要側(cè)重于復(fù)合型絮凝劑的制備及反應(yīng)機(jī)理等基礎(chǔ)研究，并且對(duì)聚硅酸鋁鹽及鐵鹽系列的研究日益深入成熟。據(jù)報(bào)道H]，金屬鹽單獨(dú)作用或和其它物質(zhì)配合，具有殺菌、脫色、部分降解和氧化有機(jī)和無(wú)機(jī)雜質(zhì)、去除懸浮物和膠體顆粒的作用。聚合硅酸與多種金屬離子形成的聚合物，除具

4、有單元無(wú)機(jī)高分子絮凝劑的共同優(yōu)點(diǎn)外，因異核金屬離子的交錯(cuò)排列能形成更長(zhǎng)、更穩(wěn)定的分子鏈，一方面增加其聚合度和分枝程度，提高了其網(wǎng)捕作用；另一方面金屬離子的引入增加所帶電荷量，增加其吸附點(diǎn)中和能力。通常情況下，參與聚合的種類(lèi)越多，吸附表面積越大，形成的絮體越大，攜帶離子電荷更多。這就增加了其表面活性，達(dá)到了增加其吸附電中和能力，因而在加入的試劑量少于現(xiàn)用常規(guī)試劑的時(shí)候，卻比常規(guī)試劑具有更高的效率。本文通過(guò)向聚合硅酸溶液中加入適當(dāng)比例的鐵鈣離子，制得復(fù)合二價(jià)金屬鈣離子的聚硅酸硫酸鐵類(lèi)絮凝劑——聚合硅酸

5、硫酸鐵鈣，通過(guò)正交試驗(yàn)確定了最佳制備工藝；同時(shí)對(duì)其性能進(jìn)行了研究，取得了較好的處理效果。1實(shí)驗(yàn)部分1．1儀器pHS一2C精密酸度計(jì)；DBJ一621型定時(shí)變速攪拌器；JB一1型磁力加熱攪拌器；濁度測(cè)定儀；1．2試劑硅酸鈉、硫酸鐵和硫酸鈣等均為A．R級(jí)；高嶺土均為試劑級(jí)。收稿日期：2013—01—14作者簡(jiǎn)介：李戰(zhàn)(1966一)，男，黑龍江省哈爾濱市人，華電能源工程有限公司工程師，碩士，主要研究方向：水處理工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)．36東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)第33卷1．3聚合物的制備取適量Na：SiO，·9H：

6、0溶解成一定濃度的溶液，加入稀硫酸攪拌，控制pH值。當(dāng)溶液有一定粘度時(shí)停止，密封靜置，進(jìn)行熟化。然后取一定量聚硅酸，攪拌，并向溶液中加入硫酸鐵和硫酸鈣溶液，調(diào)節(jié)pH值，密封靜置熟化。制得的聚合硅酸硫酸鐵鈣呈透明黏稠液體，穩(wěn)定性好，可放置2—3個(gè)月。1．4絮凝實(shí)驗(yàn)用高嶺土和自來(lái)水配制濁度為100mg／I~人工濁液。取1000mL水樣分別加入一定量的PCFS，快速(120r／rain)攪拌1rain，慢速(60r／rain)攪拌5rain，靜置15rain，取上清液測(cè)定剩余濁度。2結(jié)果與討論2．1正交

7、實(shí)驗(yàn)本正交實(shí)驗(yàn)主要對(duì)PCFS制備過(guò)程中的主要影響因素：Fe／Si摩爾比(A)、Fe／Ca摩爾比(B)、活化時(shí)的pH值(c)和活化時(shí)間(h)(D)等進(jìn)行優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中SiO含量為2．00％，采用四因素三水平設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表1所示。表1正交實(shí)驗(yàn)序號(hào)ABCD濁度(NTU)序號(hào)ABCD濁度(NTU)11：2(1)5：1(1)1．0(1)1(1)15．192：1(3)3：1(3)1．0(1)2(2)21．821：2(1)4：1(2)2．0(2)2(2)14．4K．48．334．847．141．631

8、：2(1)3：1(3)3．0(3)4(3)22．9K，25．737．833．338．541：1(2)5：1(1)3．0(3)2(2)6．3K52．653．946．446．751：1(2)4：1(2)1．0(1)4(3)10．2k116．111．615．713．861：1(2)3：1(3)2．0(2)1(1)9．3k28．612．611．112．872：1(3)5：1(1)2．0(2)4(3)13．6k17．61815．515．782：1(3)4：1(2)3．O(3)1(1)17．3